TEORIA ATOMICA

Descubrimiento del ELECTRON

Dalton creía que el átomo era indivisible. ¡¡ERROR!! Dalton creía que el átomo era indivisible. Con los fenómenos eléctricos se llegó a la conclusión de que debían existir partículas más pequeñas que el átomo, responsables del comportamiento eléctrico. La experiencia de Thomson demostró la existencia de esas partículas y las llamó electrones.

EXPERIENCIA DE THOMSON (año 1897) Tubos de descarga Tubos de vidrio Gas en el interior a muy baja presión Un polo positivo (ánodo) y otro negativo (cátodo) Se hace pasar una corriente eléctrica con un elevado voltaje. OBSERVACIÓN: Se emitían unos rayos desde el polo negativo hacia el positivo (*), http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/el_atomo/electron.htm?2&1 (*) por eso los llamó rayos catódicos.

EXPERIENCIA DE THOMSON CONCLUSIÓN NOTA: Las partículas que se emitían eran las mismas siempre, cualquiera que fuese el gas del interior del tubo. En el interior de todos los átomos existen una ó más partículas con carga negativa y se les dió el nombre de ELECTRONES.

MASA Y CARGA DEL ELECTRÓN En 1911 Robert Milikan midió la carga del electrón. Al estudiar las desviaciones que se producían en los rayos catódicos al colocar un imán alrededor, Thomson consiguió medir la relación carga/masa de las partículas que formaban los rayos. Con lo cual se pudo deducir la masa del electrón: carga del e- = - 1,602 . 10-19 C masa del e- = 9,1096 . 10-31 Kg

Descubrimiento del protón

Como la materia solo muestra sus propiedades eléctricas en determinadas condiciones (por ejemplo después de ser frotada), debemos pensar que la materia es NEUTRA. Por tanto, Los átomos tienen que tener partículas con carga positiva, y se las llamó PROTONES. Además la materia tendrá IGUAL NÚMERO DE CARGAS POSITIVAS QUE NEGATIVAS.

MASA Y CARGA DEL PROTÓN El protón tiene la misma carga que el electrón, pero positiva: La masa del protón es 1840 veces mayor que la del electrón. ORDEN DE MAGNITUD DE ÁTOMOS Y PARTÍCULAS SUBATÓMICAS: http://ntic.educacion.es/w3//eos/MaterialesEducativos/mem2000/materia/web/index.htm carga del protón = - 1,602 . 10-19 C masa del protón = 1,6748 . 10-27 Kg

MODELO DE THOMSON 1897 J.J. Thomson Basado en la experiencias hasta el momento: descubrimiento del electrón (partícula con carga -) descubrimiento del protón (partícula con carga +) Masa del p+ >>>masa del e- Átomo es neutro (nº cargas += nº cargas -) Es el primer modelo de cómo es el átomo por dentro.

MODELO DE THOMSON Modelo atómico de Thomson, también conocido como el modelo del pudín de pasas: El átomo es una esfera maciza de carga positiva, e insertados en ella, repartidos uniformemente están los electrones.

¿en verdad son los átomos como BOLAS MACIZAS? MODELO DE THOMSON ¿en verdad son los átomos como BOLAS MACIZAS? Para comprobar si el modelo de Thomson era cierto, Rutherford realizó la siguiente experiencia …..

EXPERIENCIA DE LA LAMINA DE ORO 1911 Ernest Rutherford Consiste en “bombardear” una lamina de oro con partículas alfa (α) y observar la trayectoria que seguían éstas al chocar con la lámina de oro.

EXPERIENCIA DE LA LAMINA DE ORO Material para la experiencia : Emisor de partículas alfa: material radiactivo (por ej. mineral de uranio) Bloque de plomo con un orificio (*) (*) Absorbe todas las radiaciones excepto las que salen por el orificio. Lámina de oro Película fotográfica (**) (**) las partículas que llegaban a la película fotográfica la velaban

¿QUIÉNES SON LAS PARTÍCULAS ALFA? Esta hoja NO ENTRA, NO ESTUDIAR. LAS PARTÍCULAS ALFA NO SE VEN La radiación alfa es la emisión de núcleos de Helio totalmente ionizados (*). Estos núcleos están formados por dos protones y dos neutrones. Se generan habitualmente en: reacciones nucleares de forma espontánea en la desintegración radiactiva de núcleos de átomos pesados (proceso de fisión nuclear). El núcleo atómico emite una partícula alfa y se transforma en un núcleo con 4 uma. (*) Es decir, sin su envoltura de electrones correspondiente..

EXPERIENCIA DE LA LAMINA DE ORO OBSERVACIÓN: La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina de oro SIN DESVIARSE *. (resultado esperado) Unas pocas partículas atravesaban la lámina pero se desviaban ligeramente**. Una de cada 10.000 partículas alfa rebotaba ** en la lámina de oro y volvía hacia atrás. (resultado inesperado) (**)Sólo era posible si las partículas alfa (cargados positivamente) CHOCAN Ó PASAN CERCA de una gran masa y además de carga también positiva, para que fueran repelidas.

MODELO DE RUTHERFORD CONCLUSIONES: El átomo consiste en: 1. Una pequeña zona con mucha masa y carga positiva, a la que llamó NÚCLEO, y en la que se encontrarían los protones. 2. Una CORTEZA exterior en la que situaban los electrones. 3. La corteza y el núcleo están muy separados, es decir EL ATOMO ESTARÍA PRÁCTICAMENTE HUECO.

Descubrimiento del Neutrón

m átomo > m protones + m electrones A Rutherford no le salían las cuentas: m átomo > m protones + m electrones Más concretamente, la masa del átomo era prácticamente el doble de la masa de los protones. Además, ¿cómo es posible que puedan permanecer los protones, siendo cargas del mismo signo, tan juntas y en un espacio tan reducido? (*) CONCLUSIÓN: (*) Los neutrones evitarían que los núcleos se desintegrasen como consecuencia de la gran repulsión electrostática a la que están sometidos los protones entre sí. En el núcleo debían existir otras partículas de masa similar a la de los protones, pero neutras (sin carga), a las que llamó NEUTRONES.

MASA Y CARGA DEL NEUTRÓN En 1932, fue J. Chadwick quién logró identificar el neutrón. El neutrón no tiene carga: La masa del neutrón se puede considerar igual a la del protón. VIDEO ATOMOS: (*) http://www.youtube.com/watch?v=0WnjSm-Mg1Q&feature=player_embedded#at=63 http://www.youtube.com/watch?v=YeujZ4YWnOU&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=Rle9gzS_5eE&feature=related carga del neutrón = 0 masa del neutrón = 1,675 . 10-27 Kg

ATOMOS, ISOTOPOS E IONES

Caracterización de los átomos: número atómico y número másico

RECORDEMOS… Sabemos que toda la materia, está formada por átomos. Ya se han descubierto el electrón, el protón y el neutrón, dentro del átomo. Además, tal como dijo Dalton, los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí. Y los átomos de elementos distintos son diferentes entre sí. Pero… ¿En que se diferencian los átomos de un elemento de los de otro elemento químico diferente?

Identificando los elementos Todos los átomos de un elemento tienen en común EL NÚMERO DE PROTONES de su núcleo, llamado Número Atómico. (*) Es decir: (*) Por tanto los átomos de un elemento tienen distinto nº de protones de los de otro elemento químico. NÚMERO ATÓMICO es el número de protones de un átomo se representa por la letra Z. Es decir, un elemento químico se caracteriza por su Nº Atómico.

m átomo = m protones + m electrones + m neutrones La masa de los átomos… Como la masa de los electrones es muy pequeña comparada con la masa de los protones o la de los neutrones, se puede considerar que: La masa de un átomo viene caracterizada por un número, el número Másico. m átomo = m protones + m electrones + m neutrones NÚMERO MÁSICO es la suma del número de protones y de neutrones que tiene un átomo. Se representa por la letra A.

Nº PROTONES + Nº NEUTRONES Si al Nº Neutrones lo representamos por la letra N, entonces: A = Z + N Nº PROTONES + Nº NEUTRONES NUMERO MASICO E A Nº PROTONES. Z NUMERO ATOMICO SIMBOLO DEL ELEMENTO

¿Cómo conozco “E”, “Z” y “A”? Todo elemento químico viene designado por “E”, su símbolo químico. Todos los elementos conocidos se pueden ver o buscar en una Tabla: TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS. En la tabla, para cada elemento, además de “E”, puedo ver su: “Z” y también su “A” (a veces, en vez de “A”, se muestra el Peso Atómico del elemento) (*) observa: “K” es el Potasio, tiene Z=19, al lado está “Ca” , Calcio, con Z= 20, y así sucesivamente En La tabla periódica aparecen ORDENADOS todos los elementos químicos, POR ORDEN CRECIENTE DE SU Nº ATÓMICO “Z”. (*)

Esta hoja NO ENTRA, NO ESTUDIAR. SÍMBOLOS QUÍMICOS Esta hoja NO ENTRA, NO ESTUDIAR. Carbono - C viene del latín carbo, ”rescoldo” Mercurio - Hg , se nombra por el planeta , pero su símbolo revela su nombre original hidragyrun. El Hidrógeno se basa en una acción química ,del griego hidros=agua y genes generador Cloro del griego chloros= amarilli verdoso Símbolo de un elemento: Letra /s que se utilizan para designar a un elemento químico que es diferente a otro. En general representa el nombre de éste en latín o en ingles por ejemplo:

Esta hoja NO ENTRA, NO ESTUDIAR. EN LA TABLA PERIÓDICA Esta hoja NO ENTRA, NO ESTUDIAR. NUMERO ATOMICO PESO ATOMICO≈ (sin decimales) ≈ Nº Másico

IONES

Por tanto NO SON NEUTROS. IONES Es decir se han quedado cargados: positiva o negativamente. Por tanto hay dos TIPOS: CATIÓN (ión POSITIVO) Es un átomo que ha perdido electrones. Ej. Catión litio: Li+ ANIÓN (ión NEGATIVO) Es un átomo que ha ganado electrones. Ej. Anión oxígeno: O2 – (*) Esto sucede cuando se electriza la materia (por ej. frotándola) y también cuando un elemento químico se combina con otro para formar compuestos “cediendo” ó aceptando” electrones. Son átomos de un elemento químico que han PERDIDO Ó GANADO ELECTRONES(*) Por tanto NO SON NEUTROS. A n+ E Z E A n- Z

IONES (II) Li+ O2 – 3+ 8 + Li neutro O neutro 3 – 8 – Átomo de litio (Li) Átomo de oxígeno (O) ANIÓN CATIÓN 3+ Li+ 2 – 8+ O2 – 10 –

Isotopos

ISOTOPOS Dalton, en su Teoría Atómica, dijo que “todos los átomos de un mismo elemento tenían la misma masa” Aunque todos los átomos de un mismo elemento se caracterizan por tener el mismo “Z”, pueden tener distinto número de neutrones, y por tanto distinta masa. ¡¡ERROR!! Llamamos isótopos a los átomos de un mismo elemento con igual nº protones (Z), pero distinto nº de neutrones, y por ello, presentan el mismo Z pero diferente nº másico (A).

ISOTOPOS DEL HIDROGENO El hidrógeno siempre tiene un protón en su núcleo, cuya carga está equilibrada por un electrón. Isotopos del elemento HIDROGENO H 1 2 H 1 H 1 3 Protio Deuterio Tritio Casi todos los elementos químicos presentan isótopos. Habitualmente, todos los isótopos de un elemento reciben el mismo nombre. Excepción: el hidrógeno. Tiene tres isótopos que poseen un nombre propio.

Abundancias relativas ISOTOPOS DEL CARBONO C 6 13 C 6 12 C 6 14 98,89% 1,11% 0,001% Abundancias relativas

MASA ATÓMICA La masa de un átomo es la suma de las masas de todas las partículas que lo forman: protones, neutrones y electrones. (≈ 10 -27 kg) Cómo son cantidades muy incomodas de manejar, se definió una unidad más manejable: UMA (Unidad de Masa Atómica) La unidad de masa atómica es la doceava parte de la masa del isótopo de carbono-12. Se simboliza por la letra u y equivale a: 1 u = 1,66 10 -27 kg.

masa de un átomo ≠ masa de un elemento MASA ATÓMICA Es decir, la masa del átomo de carbono se toma coma referencia o patrón. Ej. masa del oxígeno = 16 u (quiere decir que es 16 veces la doceava parte de la masa del 12C) Observa que en términos de “u”: ¡OJO! masa de un átomo ≠ masa de un elemento Masa del protón 1 u Masa del neutrón Masa del electrón 5, 49 . 10-4 u

MASA DE UN ELEMENTO La mayoría de los elementos presentan en la naturaleza varios isotopos, es decir, átomos con distinta masa. Entonces, ¿cuál consideramos que es la masa de ese elemento?. Cómo cada isotopo está en una proporción determinada: (*) la suma de las masas de cada isotopo multiplicadas por sus respectivos porcentajes La masa de un elemento es la MEDIA PONDERADA (*) de las masas de los distintos isótopos que lo forman.

Determinación de la masa del elemento CARBONO Ejemplo: ISOTOPOS DEL CARBONO Como la mayoría de los elementos están formados por varios isótopos, éstos en distinta proporción en la naturaleza, la masa de un elemento se halla haciendo la media ponderada de todos ellos. Veamos el ejemplo del carbono:

EJERCICIOS DE ISOTOPOS Ejercicios 43, 44, 45 (pág. 93) Ejercicio 46 (pág. 94) (*) (*) Es igual que el ejercicio resuelto de la pág. 85, tomarlo como modelo

radiactividad

CONSIDERACIONES PREVIAS El origen de la radiactividad está en los núcleos atómicos. Sólo los núcleos de algunos isótopos (inestables) de ciertos elementos químicos pueden sufrir cambios. Posibles cambios que se producen: Pérdida o ganancia de algunas partículas. Fenómeno de la RADIACTIVIDAD. Rotura del núcleo en otros núcleos más pequeños. FISIÓN NUCLEAR Unión del núcleo de dos átomos pequeños para dar un núcleo mayor: FUSIÓN NUCLEAR. La radiactividad transforma los átomos de un elemento en otro elemento químico diferente. EJEMPLO: el Uranio que con el transcurrir de los siglos acaba convirtiéndose en plomo (mucho más ligero). Esta hoja NO ENTRA, NO ESTUDIAR.

RADIACTIVIDAD descubrimiento Fue descubierta por Henry Becquerel cuando experimentaba con sales de uranio. (éstas emitían unos rayos fluorescentes que atravesaban cuerpos opacos) El nombre de Radiactividad se lo puso Marie Curie, una científica que experimentó con PECHBLENDA, un mineral que contenía Uranio, y en el que también descubrió otros dos elementos radiactivos: Polonio, y Radio.

RADIACTIVIDAD (II) fenómeno natural La radiactividad es un fenómeno físico natural, que se da en algunos cuerpos o elementos químicos (*). Ej. U (uranio), Ra (radio), etc. (*)determinados isotopos de elementos pesados ES LA DESINTEGRACIÓN DEL NÚCLEO DE UN ÁTOMO EMITIENDO … PARTICULAS ALFA, PARTICULAS BETA Y RAYOS GANMA.

RADIACTIVIDAD radiaciones Esos 3 tipos de radiaciones en condiciones normales SON INVISIBLES Y MUY ENERGÉTICAS. La radiación alfa y beta son PARTÍCULAS DEL NÚCLEO. La radiación ganma es ENERGÍA (E electromagnética, que se propaga mediante ondas). Estas radiaciones son CAPACES DE ATRAVESAR CUERPOS de diversa naturaleza. Su poder de penetración es: ALFA < BETA < GAMMA

TIPOS DE RADIACIONES RAYOS α . Son partículas formadas por dos protones y dos neutrones, (núcleos de helio). Por tanto, su carga es positiva, y se emiten a gran velocidad. TIENEN MUY POCO PODER DE PENETRACIÓN.

TIPOS DE RADIACIONES RAYOS β. Formada por electrones. Por tanto su carga es negativa, y su masa es muy pequeña. TIENEN MAYOR PODER DE PENETRACIÓN QUE LAS PARTICULAS α

TIPOS DE RADIACIONES Sin carga, esto es NEUTRA.  RAYOS GAMMA (rayos γ) , eno son partículas sino energía electromagnética. Sin carga, esto es NEUTRA. TIENEN GRAN PODER DE PENETRACIÓN , para detenerla es necesario utilizar gruesas placas de plomo o de hormigón

RADIACTIVIDAD (V) La pérdida o ganancia de algunas partículas subatómicas y/ó energía es el fenómeno de la radiactividad. Placa de aluminio Hormigón Rayos α Rayos β Rayos γ Hormigón

FISIÓN NUCLEAR Proceso de ruptura del núcleo de determinados isotopos radiactivos de elementos formados por átomos pesados, como el uranio o el plutonio, en núcleos más pequeños. El proceso se inicia al bombardear el núcleo grande (ejemplo: 235 U) con partículas, como neutrones. Como resultado de ese bombardeo se obtienen: núcleos más pequeños y se liberan neutrones que rompen otros núcleos grandes, provocando lo que se denomina REACCIÓN EN CADENA. En estas reacciones se libera una gran cantidad de energía: ENERGÍA NUCLEAR. Su utilidad es: La producción de energía eléctrica, en las CENTRALES NUCLEARES. Destrucción masiva, aplicación militar: BOMBAS ATOMICAS y MISILES NUCLEARES.

FISIÓN NUCLEAR (II) La rotura del núcleo de ciertos isótopos de algunos elementos químicos para dar otros núcleos más pequeños se denomina fisión nuclear. neutrón núcleo

Esta hoja NO ENTRA, NO ESTUDIAR. FUSIÓN NUCLEAR Esta hoja NO ENTRA, NO ESTUDIAR. Proceso de unión de núcleos de átomos muy pequeños para dar núcleos de átomos mayores. Dos átomos de hidrógeno (sus isotopos Deuterio y Tritio) pueden unir sus núcleos y convertirse en un átomo de Helio. Este proceso tiene lugar en el Sol y en las demás estrellas. Como resultado de este proceso se obtiene una gran cantidad de energía. Ventaja: NO PRODUCE RESIDUOS RADIACTIVOS (por tanto es mejor que la energía obtenida por fusión) Inconveniente: SE NECESITAN TEMPERATURAS DE PARTIDA DE LOS ÁTOMOS MUY ELEVADAS, lo cual es tecnológicamente muy poco rentable hoy en día.

APLICACIONES ISOTOPOS RADIACTIVOS FUENTE DE ENERGÍA Centrales nucleares. Los combustibles usados para la producción de energía eléctrica son: Uranio y Plutonio. Fabricación de pilas de larga duración (de plutonio-238), en marcapasos, sondas espaciales, etc. INVESTIGACIONES Y EXPERIMENTOS Determinación de la antigüedad de un resto arqueológico. (carbono-14) Como rastreadores, para saber en que se transforma exactamente una sustancia en una reacción química. Investigaciones forenses, para detectar residuos de munición. APLICACIONES MÉDICAS RADIOISOTOPOS. Para diagnosticar enfermedades. Se introduce en enfermos el isotopo radiactivo, éste se fija al órgano a analizar y permite observarlo, registrando la radiación que emite. RADIOTERAPIA. Tratamiento de cánceres. Los radioisótopos emiten radiación de alta energía que afecta al proceso de reproducción celular. Inconveniente: mata también células sanas.

RESIDUOS RADIACTIVOS (I) Son residuos radiactivos: los productos resultado de actividades relacionadas con isótopos radiactivos. ej. combustibles central nuclear, materiales diagnostico y tratamiento de enfermedades Los objetos que han estado en contacto con ellos y que se han podido contaminar. ej. utensilios de taller, embalajes, etc.

RESIDUOS RADIACTIVOS (II) Características fundamentales: MUY PELIGROSOS, perjudiciales para la salud humana MUY DURADEROS, emiten radiación durante miles de años Se clasifican en: Residuos de BAJA Y MEDIA ACTIVIDAD, peligrosos hasta pasados 300 años como máx. Residuos de ALTA ACTIVIDAD, nocivos durante miles de años. (residuos de centrales nucleares y armamento nuclear).